Вязкость красок и ЛКМ: воронка ВЗ-246, Стормер (KU) или ротационный вискозиметр

Зачем измерять вязкость краски

От вязкости зависит поведение краски на каждом этапе: при хранении (расслаивается ли), при перемешивании и перекачке, при нанесении (стекает ли с вертикали, ровно ли ложится, остаются ли следы кисти) и при сушке. Измерять её нужно в трёх случаях: принимая сырьё и контролируя партию, доводя краску до рабочей вязкости под способ нанесения (кисть, валик, пневматическое или безвоздушное распыление) и разрабатывая либо корректируя рецептуру.

Для первых двух задач чаще всего хватает простого прибора, который работает в цеху и воспроизводимо даёт результат. Третья требует прибора, показывающего вязкость как физическую величину. О том, какие бывают величины, рассказано в статье «Измерение вязкости: методы, динамическая и кинематическая вязкость»↗.

Воронка ВЗ-246 для краски и условная вязкость

Вискозиметр ВЗ 246 (в документах пишут ВЗ-246) представляет собой воронку с калиброванным соплом. В неё заливают заданный объём краски, открывают сопло и секундомером определяют время истечения. Это и есть условная вязкость: она выражается в секундах и зависит от диаметра сопла. В комплект ВЗ-246 входят сменные сопла разных диаметров, так что одним прибором можно охватить несколько диапазонов, от жидких грунтов до густых эмалей. Воронки ВЗ-4 и ВЗ-1 работают по тому же принципу, но сопло у них одно.

Что хорошо у воронки

Воронка проста, не нуждается в питании, помещается в ящик стола, а результат понятен технологу без расчётов. Её часто берут для вязкости под распыление: в технологической карте или на упаковке указана «вязкость в заданных секундах по ВЗ-246 при 20 °C», и оператор растворителем доводит краску до этих секунд. Это инструмент технологического контроля, и именно для такой роли воронка предназначена.

Чего воронка не показывает

Секунды истечения не равны мПа·с. У ньютоновской жидкости время истечения связано с вязкостью, но у структурированной краски эта связь нарушается: воронка определяет вязкость при некоторой довольно высокой скорости сдвига и ничего не сообщает о поведении краски на малых скоростях, то есть при хранении, стекании и растекании. Две краски с одинаковым временем истечения на поверхности могут вести себя по-разному. Помимо этого, на результат влияют температура краски, чистота сопла и точность отсчёта времени, поэтому испытание выполняют при заданной температуре.

Для испытаний по методике условной вязкости нужны воронки и вспомогательное оборудование. Общие сведения об условной вязкости и перерасчёт в кинематическую даёт статья «Условная вязкость: вискозиметр Энглера, градусы ВУ и пересчёт в кинематическую»↗; сами приборы собраны в разделе «Вискозиметры условной вязкости»↗.

Единицы Кребса (KU) и вискозиметр Стормера

Вискозиметр Стормера — это ротационный прибор, в котором лопастной шпиндель вращается в банке с краской. Измеряется здесь не время, а нагрузка: к приводу подвешивают груз, масса которого подбирается так, чтобы лопасть вращалась с заданной скоростью. По массе груза прибор находит вязкость в единицах Кребса (Krebs Units, KU), то есть по стандартной шкале лакокрасочной отрасли, на которую опирается ASTM D562.

Маляр при работе кистью и валиком ощущает краску так же, как показывает шкала KU: если значение мало, краска стекает и брызгает, если велико — тянется и растекается плохо. Потому для водно-дисперсионных, эмульсионных и фасадных красок именно KU служат главным показателем. В каталоге этот прибор представлен моделью КАДАММ ВИС-КУ↗. Её диапазон 40–141 KU отвечает нагрузке 32–1099 г и, справочно, 27–5274 сП (мПа·с); вращение идёт с частотой 200 об/мин, погрешность ±1 %, повторяемость ±0,5 %.

KU не равны мПа·с, а пересчёт зависит от материала, так что значения в сантипуазах на приборе справочные. Для сравнения с другими методами сопоставляйте условия испытания, а не саму цифру. О переводе единиц рассказано в статье «Единицы вязкости»↗.

Ротационный вискозиметр для краски

Ротационный вискозиметр определяет динамическую вязкость краски в мПа·с при выбранных шпинделе, скорости и температуре, и его сильная сторона — возможность менять скорость, наблюдая за поведением материала. Краска чаще всего неньютоновская: в покое, при хранении и стекании (малые скорости) она заметно вязче, чем при перемешивании, распылении и прокатке валиком (высокие скорости). Ряд замеров на разных скоростях рисует картину, недоступную воронке и Стормеру.

Когда нужен ротационный прибор

• Создание и корректировка рецептур: как загуститель, пигмент и наполнитель влияют на вязкость и стойкость к стеканию.
• Техническое задание заказчика, в котором вязкость задана в мПа·с при определённых скорости и температуре.
• Контроль тиксотропных красок и покрытий, для которых существенна скорость восстановления вязкости после сдвига.
• Густые шпатлёвки, пасты, герметики и клеи, вязкость которых лежит вне диапазона воронок и Стормера.

Какой класс прибора взять

Жидкие и средние по вязкости краски измеряют шпинделями рядов L и R. В цифровых КАДАММ ВИС-Ц↗ установлены шпиндели L1–L4 и №0–№4, 4, 8, 9 или 11 ступеней скорости и выход RS232 для передачи данных. Когда ступени мешают и нужен непрерывный ряд скоростей, берут КАДАММ ВИС-Н↗ либо программируемые КАДАММ ВИС-П↗ , где скорость плавно меняется в пределах 0,1–200 об/мин. Как устроен прибор и как выбрать шпиндель, читайте в статьях «Как работает ротационный вискозиметр»↗ и «Вязкость по Брукфильду: классы LV, RV, HB, шпиндели»↗.

Методы измерения вязкости краски: сопоставление

Правило такое: числа, полученные разными методами, напрямую не сравнивают, потому что секунды по воронке, KU и мПа·с описывают разные величины. Если метод указан в техническом задании, измеряйте именно им; а чтобы связать два метода для своего материала, составьте собственную корреляционную таблицу по серии образцов.

Порядок измерения вязкости краски

Подготовка пробы

Краску перемешивают до однородности, не вовлекая воздух: пузырьки искажают результат. Тиксотропным материалам после перемешивания дают одинаковую выдержку, иначе вязкость от замера к замеру будет отличаться. Остались пузырьки — пробу дегазируют; вакуумный способ описан в статье «Вакуумная камера для дегазации компаундов и смол».

Температура

С ростом температуры вязкость краски падает, и отклонение даже на несколько градусов заметно искажает результат. Методики предписывают испытание при 20 или 25 °C. Пробу выдерживают в термостатируемой ёмкости; оборудование подобрано в разделе «Жидкостные термостаты» и в статье «Как подобрать термостат к реактору» — её принцип годится и для вискозиметра.

Фиксация условий

Чтобы результат можно было воспроизвести, фиксируйте метод, прибор, шпиндель или сопло, скорость, температуру, время выдержки и партию материала. Проверку самих приборов по стандартным образцам описывает статья «Поверка и калибровка вискозиметра»↗.

Примерный комплект для лаборатории ЛКМ

Ниже показано, как можно скомплектовать оснащение под задачи. Это лишь ориентир: итоговый состав зависит от ваших методик и номенклатуры продукции.

Как выбрать прибор по диапазону, скоростям и классу пружины, подробно рассказано в статье «Как выбрать ротационный вискозиметр»↗. Не уверены в выборе — сообщите, какие материалы и по какой методике измеряете, и инженеры определят состав комплекта.